眼图是如何形成原理的？
在用示波器观察传输的数据信号时，使用被测系统的定时信号，通过示波器外触发或外同步对示波器的扫描进行控制，由于扫描周期此时恰为被测信号周期的整数倍，因此在示波器荧光屏上观察到的就是一个由多个随机符号波形共同形成的稳定图形。这种图形看起来象眼睛，称为数字信号的眼图。一个完整的眼图应该包含“000”到“111”的所有状态组，8种状态形成眼图的过程如下图所示：
示波器一般测量的信号是一些位或某一时间段的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，为整个系统性能的改善提供依据。
眼图的结构和参数
眼图的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、消光比、Q因子、平均功率等，各个参数如下图所示：
“眼幅度”表示“1”电平信号分布与“0”电平信号分布平均数之差，其测量是通过在眼图中央位置附近区域（通常为零点交叉时间之间距离的20%）分布振幅值进行的。
“眼宽”反映信号的总抖动，即是眼图在水平轴所开的大小，其定义为两上缘与下缘交汇的点（Crossing Point）间的时间差。
“眼高”即是眼图在垂直轴所开的大小，它是信噪比测量，与眼图振幅非常相似。
下面详细介绍如消光比等一些复杂的概念，以帮忙理解眼图的性能。
消光比
消光比定义为眼图中“1”电平比“ 0 ”电平的值。根据不同的速率、不同的传输距离、不同的激光器类型，消光比要求不一样。一般的对于 FP/DFB 直调激光器要求消光比不小于 8.2dB 。EML 电吸收激光器消光比不小于 10dB 。ITU-T 中对于消光比没有规定一个最大值，但是这并不意味着消光比可以无限大，消光比太高了，将导致激光器的啁啾系数太大，导致通道代价超标，不利于长距离传输。一般建议实际消光比与最低要求消光比大 0.5~1.5dB。这不是一个绝对的数值，之所以给出这么一个数值是害怕消光比太高了，传输以后信号劣化太厉害，导致误码产生或通道代价超标。
眼交叉比
交叉点就是两只眼睛交叉的地方，它的比例反映了信号的占空比大小。由于传输过程中，光信号的脉冲宽度将会展宽，导致接收侧的交叉点相对于发送侧上移。为了有利于长距离传输，保证接收侧的交叉点比例在大约 50%左右，使得接收侧的灵敏度最佳，我们一般建议在发送侧把交叉点的位置稍微下移一些 ，一般发送侧交叉点比例建议控制在 40%~45%。
Q因子
Q 因子可以通过示波器测得，它综合反映出眼图的质量问题。Q 因子越高越好，表明眼图的质量越好。Q 因子一般受噪声、光功率、电信号是否从始端到终端阻抗匹配（有关阻抗匹配，后文会详细说明）等因素影响。一般来说，眼图中“1”电平的这条线越细、越平滑，Q 因子越高。在不加光衰减的情况下，发送侧光眼图的 Q 因子不应该小于 12 ，越高越好。接收测的 Q 因子不应该小于 6 ，越高越好。
信号的上升时间、下降时间
信号的上升时间、下降时间反映了信号的上升、下降的快慢，一般指整个信号幅度的 20%~80%的变化的时间。一般要求其上升、下降时间不能大于信号的周期的 40%。如 9.95G 信号要求其上升、下降时间不大于 40ps。
抖动
抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。因此，在系统中尽可能的减少这种相关抖动，提升系统总体性能。分析抖动以及其具体产生原因将有助于在系统设计时尽可能的减少抖动产生的影响，同时可以确定抖动对BER的影响，并保证系统BER低于某个最大值，通常是。因此，抖动的形成原因直观的表示如下图：
信噪比
信噪比同样可以定性反映信号的质量好坏，做为一个比较参考。这个测量值是越大越好，一般在发送侧的测量值都大于 30dB。定量地测量需要使用光谱分析仪。
眼图与系统性能
经过研究和实验可以从眼图中得出整体系统的性能情况，这里我们结合眼图框架给出下面的结论。
（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；
（2）眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度；斜率越大，对定 时误差越灵敏；
（3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；
（4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；
（5）过零点失真为压在横轴上的阴影长度，有些接收机的定时标准是由经过判 决门限点的平均位置决定的，所以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。
（6）抽样时刻上、下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限，噪声瞬时值超过它 就可能发生错误判决。
眼图与误码率
在数字电路系统中，发送端发送出多个比特的数据，由于多种因素的影响，接收端可能会接收到一些错误的比特（即误码）。错误的比特数与总的比特数之比称为误码率，即Bit Error Ratio，简称BER。误码率是描述数字电路系统性能的最重要的参数。在GHz比特率的通信电路系统中（比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA），通常要求BER小于或等于10-12。误码率较大时，通信系统的效率低、性能不稳定。影响误码率的因素包括抖动、噪声、信道的损耗、信号的比特率等。
在误码率（BER）的测试中，码型发生器会生成数十亿个数据比特，并将这些数据比特发送给输入设备，然后在输出端接收这些数据比特。然后，误码分析仪将接收到的数据与发送的原始数据一位一位进行对比，确定哪些码接收错误，随后会给出一段时间内内计算得到的BER。考虑误码率测试的需要，我们以下面的实际测试眼图为参考，以生成BER图，参考眼图如下所示：
BER图是样点时间位置BER(t)的函数，称为BERT扫描图或浴缸曲线。简而言之，它是在相对于参考时钟给定的额定取样时间的不同时间t上测得的BER。参考时钟可以是信号发射机时钟，也可以是从接收的信号中恢复的时钟，具体取决于测试的系统。以上述的眼图为参考，眼睛张开度与误码率的关系以及其BER图如下：
图 眼睛张开度与误码率的关系
图 BER(T)扫描或浴缸曲线
上述两图中，BER图与眼图时间轴相同，两侧与眼图边沿相对应，样点位于中心。BER一定时，曲线之间的距离是该BER上的眼图张开程度。在样点接近交点时，抖动会导致BER提高到最大0.5。
眼图是如何形成原理的？
在用示波器观察传输的数据信号时，使用被测系统的定时信号，通过示波器外触发或外同步对示波器的扫描进行控制，由于扫描周期此时恰为被测信号周期的整数倍，因此在示波器荧光屏上观察到的就是一个由多个随机符号波形共同形成的稳定图形。这种图形看起来象眼睛，称为数字信号的眼图。一个完整的眼图应该包含“000”到“111”的所有状态组，8种状态形成眼图的过程如下图所示：
示波器一般测量的信号是一些位或某一时间段的波形，更多的反映的是细节信息，而眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形，它包含了丰富的信息，从眼图上可以观察出码间串扰和噪声的影响，体现了数字信号整体的特征，从而估计系统优劣程度，为整个系统性能的改善提供依据。
眼图的结构和参数
眼图的参数有很多，如眼高、眼宽、眼幅度、眼交叉比、消光比、Q因子、平均功率等，各个参数如下图所示：
“眼幅度”表示“1”电平信号分布与“0”电平信号分布平均数之差，其测量是通过在眼图中央位置附近区域（通常为零点交叉时间之间距离的20%）分布振幅值进行的。
“眼宽”反映信号的总抖动，即是眼图在水平轴所开的大小，其定义为两上缘与下缘交汇的点（Crossing Point）间的时间差。
“眼高”即是眼图在垂直轴所开的大小，它是信噪比测量，与眼图振幅非常相似。
下面详细介绍如消光比等一些复杂的概念，以帮忙理解眼图的性能。
消光比
消光比定义为眼图中“1”电平比“ 0 ”电平的值。根据不同的速率、不同的传输距离、不同的激光器类型，消光比要求不一样。一般的对于 FP/DFB 直调激光器要求消光比不小于 8.2dB 。EML 电吸收激光器消光比不小于 10dB 。ITU-T 中对于消光比没有规定一个最大值，但是这并不意味着消光比可以无限大，消光比太高了，将导致激光器的啁啾系数太大，导致通道代价超标，不利于长距离传输。一般建议实际消光比与最低要求消光比大 0.5~1.5dB。这不是一个绝对的数值，之所以给出这么一个数值是害怕消光比太高了，传输以后信号劣化太厉害，导致误码产生或通道代价超标。
眼交叉比
交叉点就是两只眼睛交叉的地方，它的比例反映了信号的占空比大小。由于传输过程中，光信号的脉冲宽度将会展宽，导致接收侧的交叉点相对于发送侧上移。为了有利于长距离传输，保证接收侧的交叉点比例在大约 50%左右，使得接收侧的灵敏度最佳，我们一般建议在发送侧把交叉点的位置稍微下移一些 ，一般发送侧交叉点比例建议控制在 40%~45%。
Q因子
Q 因子可以通过示波器测得，它综合反映出眼图的质量问题。Q 因子越高越好，表明眼图的质量越好。Q 因子一般受噪声、光功率、电信号是否从始端到终端阻抗匹配（有关阻抗匹配，后文会详细说明）等因素影响。一般来说，眼图中“1”电平的这条线越细、越平滑，Q 因子越高。在不加光衰减的情况下，发送侧光眼图的 Q 因子不应该小于 12 ，越高越好。接收测的 Q 因子不应该小于 6 ，越高越好。
信号的上升时间、下降时间
信号的上升时间、下降时间反映了信号的上升、下降的快慢，一般指整个信号幅度的 20%~80%的变化的时间。一般要求其上升、下降时间不能大于信号的周期的 40%。如 9.95G 信号要求其上升、下降时间不大于 40ps。
抖动
抖动是在高速数据传输线中导致误码的定时噪声。如果系统的数据速率提高，在几秒内测得的抖动幅度会大体不变，但在位周期的几分之一时间内测量时，它会随着数据速率成比例提高，进而导致误码。因此，在系统中尽可能的减少这种相关抖动，提升系统总体性能。分析抖动以及其具体产生原因将有助于在系统设计时尽可能的减少抖动产生的影响，同时可以确定抖动对BER的影响，并保证系统BER低于某个最大值，通常是。因此，抖动的形成原因直观的表示如下图：
信噪比
信噪比同样可以定性反映信号的质量好坏，做为一个比较参考。这个测量值是越大越好，一般在发送侧的测量值都大于 30dB。定量地测量需要使用光谱分析仪。
眼图与系统性能
经过研究和实验可以从眼图中得出整体系统的性能情况，这里我们结合眼图框架给出下面的结论。
（1）最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻；
（2）眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度；斜率越大，对定 时误差越灵敏；
（3）眼图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围；
（4）眼图中央的横轴位置对应于判决门限电平；
（5）过零点失真为压在横轴上的阴影长度，有些接收机的定时标准是由经过判 决门限点的平均位置决定的，所以过零点失真越大，对定时标准的提取越不利。
（6）抽样时刻上、下两阴影区的间隔距离之半为噪声容限，噪声瞬时值超过它 就可能发生错误判决。
眼图与误码率
在数字电路系统中，发送端发送出多个比特的数据，由于多种因素的影响，接收端可能会接收到一些错误的比特（即误码）。错误的比特数与总的比特数之比称为误码率，即Bit Error Ratio，简称BER。误码率是描述数字电路系统性能的最重要的参数。在GHz比特率的通信电路系统中（比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA），通常要求BER小于或等于10-12。误码率较大时，通信系统的效率低、性能不稳定。影响误码率的因素包括抖动、噪声、信道的损耗、信号的比特率等。
在误码率（BER）的测试中，码型发生器会生成数十亿个数据比特，并将这些数据比特发送给输入设备，然后在输出端接收这些数据比特。然后，误码分析仪将接收到的数据与发送的原始数据一位一位进行对比，确定哪些码接收错误，随后会给出一段时间内内计算得到的BER。考虑误码率测试的需要，我们以下面的实际测试眼图为参考，以生成BER图，参考眼图如下所示：
BER图是样点时间位置BER(t)的函数，称为BERT扫描图或浴缸曲线。简而言之，它是在相对于参考时钟给定的额定取样时间的不同时间t上测得的BER。参考时钟可以是信号发射机时钟，也可以是从接收的信号中恢复的时钟，具体取决于测试的系统。以上述的眼图为参考，眼睛张开度与误码率的关系以及其BER图如下：
图 眼睛张开度与误码率的关系
图 BER(T)扫描或浴缸曲线
上述两图中，BER图与眼图时间轴相同，两侧与眼图边沿相对应，样点位于中心。BER一定时，曲线之间的距离是该BER上的眼图张开程度。在样点接近交点时，抖动会导致BER提高到最大0.5。